Формирование, динамика и экологическое состояние аквальных комплексов равнинных водохранилищ

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Официальные оппоненты Федотов Владимир Иванович Общая характеристика работы Объект исследования Научная новизна работы Основные защищаемые положения Практическое значение работы Апробация работы Основные результаты Личный вклад автора. Структура и объем работы. Содержание и основные положения работы Методы исследований Аквальный комплекс Основной признак Тип аквальных комплексов Состав аквальных комплексов верхневолжских водохранилищ Биогенные аквальные комплексы Биогенно-минеральные аквальные комплексы Минеральные аквальные комплексы ... Полное содержание

Подобный материал:

• И. В. Геоэкологическая оценка и рациональное использование рекреационного потенциала, 64.89kb.
• Влияние несанкционированных свалок бытовых отходов на экологическое состояние почв, 448.68kb.
• Методическая разработка Экологического праздника на тему: «Наша такая планета», 112.67kb.
• Формирование гидрологического режима водосборов малых равнинных рек, 987.87kb.
• Программа занятий по интересам "экологическое краеведение", 133.28kb.
• Тема : «Экологическое состояние атмосферного воздуха Московской области», 29.39kb.
• Задачи : изучить причины появления мусорных свалок; установить их влияние на состояние, 304.79kb.
• Оценка качества природных вод, 356.46kb.
• Задачи исследования : Изучить экологическое состояние воздушного бассейна в районе, 403.46kb.
• Экологическое сознание городского населения: состояние и перспективы развития, 372.76kb.

На правах рукописи


Тихомиров Олег Алексеевич


Формирование, динамика и экологическое состояние

аквальных комплексов равнинных водохранилищ


Специальность 25. 00. 23 - физическая география и биогеография,

география почв и геохимия ландшафтов


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук


Москва - 2011


Работа выполнена на кафедре физической географии и экологии факультета географии и геоэкологии ФГБОУ ВПО «Тверской государственный университет»


Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор

Евсеев Александр Васильевич

доктор географических наук, профессор

Федотов Владимир Иванович

доктор географических наук, профессор

Панов Владимир Владимирович


Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный

национальный исследовательский университет»


Защита состоится 19 марта 2012 г. в 15-00 ч. на заседании диссертационного совета Д.212.154.29 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 129626, Москва, ул. Кибальчича, д.16, ауд. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу: 119991, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.


Автореферат разослан «____ » _________ 201_ г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Н.Н. Роготень


Общая характеристика работы


Актуальность темы. Аквальные комплексы водохранилищ создают своеобразные аквальные ландшафты со сложным специфическим набором структурных единиц, тесно связанных общими внутриводоемными процессами, обменом веществ, химических элементов и энергии. При создании и в процессе эксплуатации крупных равнинных водохранилищ происходят глубокие изменения ландшафтной организации и экологического состояния природной среды. Выступая конечным звеном каскадных систем аккумулирующих вещество водосбора, аквальные комплексы водохранилищ испытывают длительное антропогенное воздействие. В этой связи исключительную важность приобретают исследования аквальных систем в ходе комплексной оценки территорий, охваченных техногенной трансформацией.

В России свыше 2600 крупных водохранилищ (с объемом более 1 млн м³). Строительство водохранилищ привело к глубоким изменениям природной среды обширных равнинных территорий. Исследование антропогенных изменений и последствий, выявление динамических процессов в водохранилищах представляет собой актуальную проблему изучения взаимодействия гидротехнических сооружений с окружающей природной средой [Дьяконов, 1984; Эдельштейн, 1998]. Эта проблема тесно связана с решением задачи рационального использования и охраны водных ресурсов, необходимостью защиты водоемов от заболачивания, зарастания, абразии, евтрофирования, антропогенного загрязнения и др. негативных процессов. Неблагоприятные природно-антропогенные процессы – одно из неизбежных последствий создания водохранилищ на равнинах. Их значение возрастает в связи с тем, что большинство водохранилищ создано в интенсивно освоенных районах. Это приводит к существенному ущербу водному, лесному и сельскому хозяйству, строительству, рекреации, развитию населенных пунктов.

Продолжающееся усиление многофакторного антропогенного воздействия, многообразие его последствий обнаруживают недостаточность покомпонентного и отраслевого подходов при решении научных и хозяйственных проблем. В этой связи исследование водохранилищ на основе ландшафтно-экологического подхода становится одной из важных задач географии. Базой для проведения научных исследований и принятия хозяйственных решений должны стать достоверные сведения о ландшафтной дифференциации водоемов.

В настоящее время возникает необходимость в постановке и проведении спе­циальных исследований, позволяющих обосновать ландшафтно-экологический подход и обобщить накопленный опыт комплексного изучения водоемов. Это по­зволит структурировать и классифицировать акватории водных объектов, оценить эколого-функциональную роль компонентов и водных геосистем, выделить наиболее уязвимые в экологическом отношении аквальные ком­плексы, определить общие направления природопользования водохранилищ с учетом основных экологических требований.

В ряде научных работ многолетняя динамика геосистем рассматривается как одна из наиболее актуальных задач ландшафтоведения [Исаченко, 1986; Иванов, 1989; Мамай, 1992 и др.]. Вместе с тем, многолетняя трансформация состава и структуры аквальных комплексов водохранилищ остается наименее изученной.

Таким образом, актуальность исследуемой проблемы определяется следующими факторами: интенсивным использованием водохранилищ, многофакторным антропогенным воздействием, остротой экологических обстановок, спецификой водохранилищ как особых водных объектов, высокой степенью динамичности и необходимостью разработки методов управления их экологическим состоянием.

Объект исследования – аквальные комплексы равнинных водохранилищ, предмет изучения – основные закономерности формирования аквальных ландшафтов.

Цель работы заключается в исследовании основных закономерностей формирования, пространственно-временной организации, многолетней динамики, оценке экологического состояния системы аквальных комплексов в различных типах равнинных водохранилищ.

Основными задачами работы являются:

- оценка многолетней трансформации и динамики ландшафтной структуры аквальных комплексов в условиях водохранилищ разных типов;

- разработка классификации аквальных комплексов с учетом основных ландшафтоформирующих факторов и процессов;

- анализ современного состояния и антропогенных изменений природных компонентов аквальных комплексов равнинных водохранилищ;

- оценка экологического состояния аквальных комплексов равнинных водохранилищ Верхней Волги.

Научная новизна работы связана с разработкой представления о водохранилище как природно-антропогенном водоеме, ландшафтная структура которого определяется совокупностью аквальных комплексов, различающихся по степени и направлению антропогенных изменений естественных компонентов и комплексов. В основу работы положен ландшафтно-экологический подход к исследованию водохранилищ. Разработана методология и методические приемы исследования формирования, динамики и экологического состояния аквальных комплексов водохранилищ. Новым в изучении водохранилищ является подход к ним как к сложным аквальным системам, включающим иерархию комплексов более мелкого ранга. Впервые предложена классификация аквальных комплексов с учетом основных ландшафтоформирующих процессов. Рассмотрена динамика аквальных ландшафтов крупных равнинных водохранилищ за длительный срок их существования (более 70-ти лет). Впервые изучена многолетняя динамика ландшафтной структуры аквальных комплексов на уровне водохранилищ в целом, составлены карты их динамики в программе Марinfo. Обосновываются основные мероприятия по улучшению экологического состояния водохранилищ с учетом специфики ландшафтной структуры водоёмов.

Полученные результаты позволяют расширить теоретическую базу направления физической географии, исследующей аквальные ландшафты водоемов. Появляется возможность увязать теоретические и методические вопросы с практическими задачами прогноза изменений, оценки и улучшения экологического состояния природных комплексов водохранилищ.

Основные защищаемые положения:

1) Водохранилища представляют собой систему природно-антропогенных аквальных комплексов различного таксономического ранга, обладающих высокой степенью динамичности и пространственного разнообразия. Ландшафтная структура равнинных водохранилищ определяется совокупностью аквальных комплексов, различающихся по степени и направленности антропогенных изменений.

2) Формирование, динамика и эволюция природно-антропогенных аквальных комплексов водохранилищ протекают закономерно и выражаются в многолетней поэтапной трансформации состава, структуры и смене ландшафтно-экологических условий. Гидрологический режим является основным ландшафтоформирующим фактором, определяющим темпы эволюции и степень антропогенных изменений аквальных комплексов. Составлены разновременные карты, отражающие многолетнюю динамику структуры аквальных ландшафтов водохранилищ.

3) Ландшафтная классификация аквальных ком­плексов водохранилищ, базирующаяся на основных аквальных природно-антропогенных ландшафтоформирующих процессах и факторах. Впервые составлены карты аквальных комплексов равнинных водохранилищ на основе выделения ландшафтоформирующих процессов.

4) Проведена комплексная оценка современного экологического состояния водохранилищ Верхней Волги и его динамики. Показано, что улучшение экологического состояния возможно на основе использования данных оценки ландшафтно-экологической структуры, учитывающей степень антропогенных изменений аквальных комплексов водохранилищ.

Практическое значение работы заключается в разработке методов и комплексной оценке экологического состояния равнинных водохранилищ, в возможности использования полученных результатов для реализации практических мероприятий по улучшению экологического состояния пресноводных водоемов.

Составленные крупномасштабные карты аквальных комплексов водохранилищ могут быть использованы для целей научных исследований изменений природной среды в ходе эксплуатации водоемов, задач производственных изысканий, при планировании природоохранных мероприятий. Подготовленный картографический материал является основой для разработки системы экологического мониторинга на равнинных водохранилищах (ГЭС и водоемах-охладителях).

Материалы диссертации использованы в работе Министерства природных ресурсов и экологии Тверской области, внедрены в проектах строительства 3 и 4-го блоков Калининской АЭС, в научных отчетах института «Атомэнергопроект», использованы в деятельности тверского «Экоцентра» и др. По заданию института «Гидропроект» автором были составлены крупномасштабные карты мелководий, затопленных почв и зоны зарастания Иваньковского водохранилища, которые нашли применение при проектировании мероприятий по повышению эффективности использования и улучшению качества воды этого водоема. Научные сведения, многолетние полевые наблюдения, карты донных отложений и аквальных комплексов Удомельского водохранилища положены в основу разработки системы экологического мониторинга в районе воздействия Калининской атомной станции. Материалы исследований использовались в учебном процессе при чтении лекций по специальностям «География», «Геоэкология» и «Экология» в вузах Московской и Тверской областей, а также на ФПК специали­стов комитета природных ресурсов Тверской области. Результаты научных исследований положены в основу курса лекций «Географические проблемы водохранилищ», читавшегося автором в течение 15 лет в Тверском государственном университете. На базе материалов исследований подготовлены и изданы учебные пособия для студентов-географов: «Географические проблемы водохранилищ» [1985], «Экологическая география России» [2005]», «Экологическая география Тверского региона» [1997], «Основы региональной геоэкологии» (соавтор А.Г. Емельянов) [2000].

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на тридцати Международных и Всероссийских (Всесоюзных) и региональных конференциях и совещаниях: на Всесоюзной научной конференции «Проблемы комплексного использования и охраны водных ресурсов Волжского бассейна» (Пермь, 1975), на Всесоюзной научной конференции «Влияние водохранилищ ГЭС на хозяйственные объекты и природную среду (Ленинград, 1979), на Всесоюзном совещании «Комплексное изучение и рациональное использование природных ресурсов» (Москва, 1980), на Всесоюзной конференции «Почвы речных долин и дельт и их рациональное использование и охрана» (МГУ, Москва, 1984), на Всесоюзной конференции по высшей водной растительности (ИБВВ АН СССР, Борок, 1988), на научно-практической конференции «Проблемы рационального использования лесных ресурсов и охрана природы Верхневолжья» (Калинин, 1989), на Х ландшафтной конференции «Структура, функционирование, эволюция природных и антропогенных ландшафтов» (МГУ, Москва, 1997), на научных семинарах «Проблемы региональной геоэкологии. Теоретические и методические аспекты» (Тверь, 1999, 2000), на XI съезде Русского географического общества (Санкт-Петербург, 2000), на международной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии» (Тверь, 2002), на международной конференции «Историческая геоэкология, география и природопользование: новые направления и методы исследования» (Санкт-Петербург, 2000), на международной конференции «Экологические проблемы литорали равнинных водохранилищ» (Казань, 2004), на XII съезде Русского географического общества (Санкт-Петербург, 2005), на юбилейной научной конференции «Университетская география» (МГУ, Москва, 2005), на XI Международной ландшафтной конференции «Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования, практика» (МГУ, Москва, 2006), на Всероссийской конференции «Геохимия биосферы» (МГУ, Москва, 2006), на IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ и их водосборов» (Пермь, 2007), на научно-практической конференции «Актуальные экологические проблемы республики Татарстан» (Казань, 2007), на Международной научной конференции «Проблемы экологической геохимии в XXI веке» (Минск, 2008), на Всероссийской научной конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир-Москва, 2008), на III Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2008), на конференции «География и смежные науки LXI Герценовские чтения» (Санкт-Петербург, 2008), на региональной научной конференции «Современные проблемы оптимизации, рациональной организации и устойчивого развития ландшафтов» (Воронеж: ВГУ, 2008), на Международной научно-практической конференции «Современные проблемы водохранилищ» (Пермь, 2009), на региональных научных конференциях «Экологические проблемы Северо-Запада России» (Псков, 2008, 2009), на международной научной конференции по «Гидробиологии» (ИБВВ РАН, Борок, 2009), на международной научной конференции «Инновации в геоэкологии» (МГУ, Москва, 2010) и др.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 монографиях и 64 публикациях в журналах, сборниках и материалах научных конференций. Статей в журналах, рекомендованных ВАК – 8.

Личный вклад автора. Диссертация является результатом самостоятельной творческой работы автора, проводившего исследования в период с 1972 г. по 2010 г. Автор провел многолетние натурные покомпонентные и комплексные наблюдения на крупных равнинных водохранилищах (Верхневолжском, Иваньковском, Угличском, Рыбинском), а также Удомельском водоеме-охладителе КАЭС, позволившие создать серии карт аквальных комплексов этих водохранилищ. Для получения научных выводов обработаны материалы собственных исследований динамики аквальных комплексов водохранилищ, данные анализа топографических карт, аэрокосмических снимков, снимков Google, авторских карт и др. Проведены экспедиционные исследования на ряде других водохранилищ (Шекснинском, Вышневолоцком, Верхнесвирском и др.), что дало основание расширить и распространить полученные выводы на другие водоемы лесной зоны. Исследования проводились также в рамках инициативных проектов, поддержанных РФФИ (№ 02-05-740-73 и № 07-05–00-778), в которых автор являлся руководителем.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем работы – 340 страниц, рисунков - 56, таблиц - 65. Список литературы включает 360 наименований.

Благодарности. Автор выражает благодарность за творческую поддержку чл.-корр. РАН, д.г.н., проф. К.Н. Дьяконову. Автор признателен за помощь и консультации в начале своих научных исследований д.г.н., проф. А.В. Гавеману д.г.н., проф. А.Г. Емельянову, к.г.н. В.П. Курдину и к.б.н. В.А. Экзерцеву.


Содержание и основные положения работы

Во введении обоснованы актуальность, сформулированы цель, задачи, основные защищаемые положения, научная новизна полученных результатов и их практическая значимость.

В главе 1 проведен анализ состояния изученности проблемы и обзор теоретических источников, рассмотрена методика изучения структуры и динамики аквальных ландшафтов, предложена методика исследования экологического состояния аквальных комплексов водохранилищ.

Водохранилища являются особыми водными комплексами (ландшафтами), так как их формирование и важнейшие черты определяются сложным взаимодействием природных и антропогенных факторов [Россолимо,1934; Муравейский, 1948; Солнцев, 1969; Матарзин, 1967; 1983; Шилькрот, 1970; Эдельштейн, 1998 и др.].

К настоящему времени накоплен значительный материал научных исследований, посвященный рассмотрению различных проблем водохранилищ – сложных водных объектов, формирование которых происходит под влиянием антропогенных и природных факторов. Крупные работы по изучению водохранилищ на равнинных реках проводятся Институтом водных проблем РАН, Институтом биологии внутренних вод РАН, Институтом географии РАН, проектно-изыскательским НИИ «Гидропроект» им. С.Я. Жука, Московским, Пермским и Тверским государственными университетами и др.

Опубликован большой научный материал, посвященный морфологии, морфометрии, гидрологии и эколого-гидрохимическим проблемам водохранилищ [Драчев, 1956, 1975; Зиминова,1959; Эдельштейн, 1968, 1998, 2009; Буторин, 1969; Матарзин, Мацкевич, 1970, 1983; Алекин, 1973; Штефан, 1975, 1980; Былинкина, 1980, 2001; Трифонова, 1980; Китаев, 1983, 2009; Тимченко, 1990, 2007; Коронкевич,1995, 2003; Дмитриев, 1995, 2005; Григорьева, 1996; Моисеенко, 1998, 2005; Никаноров, 2000; Литвинов, 1991, 2005, Сальников, 2006; Калинин, 2009; Ершова, 2009; Кочарян, 2009 и др.]. Формирование берегов исследовалось Е.Г.Качугиным [1959], Н.Е.Кондратьевым [1960], И.А.Печеркиным [1969,1980], Д.П.Финаровым [1970,1975], Ф.С.Зубенко [1970,1975], Л.Б. Иконниковым [1970], В.М.Широковым [1974], А.Ш. Хабидовым [1999], Д.А. Солодовниковым [2003], Н.Н. Назаровым [2004, 2006, 2009], А.Н. Петиным [2007] и др. Эколого-гидробиологические аспекты освещены А.А.Потаповым [1959], Ф.Д.Мордухай-Болтовским [1961,1963, 1972,1974], Л.Г.Буториной [1961], А.Г.Поддубным [1966, 1990], В.А. Экзерцевым [1978, 1982], И.Л. Кореляковой [1989]; И.Н. Распоповым [1990]; А.Н.Дзюбан [1976, 1999], В.Н.Столбуновой [1976], Л.В. Тарасенко [1982], Л.О. Эйнор [1992], В.А. Абакумовым [1992], И.Л. Пыриной [2000], Г.Ф. Ляшенко [2005] и др. Вопросы формирования и загрязнения грунтов рассматривались В.П. Курдиным [1961, 1962], А.В. Кузнецовой [1981], Л.Н. Денисовой [1987]; Е.Ю.Ершовой [1996, 2000], В.Ф. Бреховских, З.В. Волковой [1997, 2001, 2006 и др.], М.В. Гапеевой [1997, 2002], В.В. Законновым [2000, 2002, 2007], И.И. Зиганшиным [2005], Г.А. Карнауховой [2009] и др.

Для большинства научных работ характерен компонентный подход к изучению водоемов. Первые крупные комплексные физико-географические исследования, связанные с взаимодействием водохранилищ и окружающей природной среды начались в 60-х годах XX века в Институте географии АН СССР под руководством С.Л.Вендрова. В результате этих исследований были заложены принципы и основы методики исследований изменений природной среды в зоне влияния водохранилищ [Вендров, 1965, 1970; Инженерно-географические проблемы.., 1972; К.Н.Дьяконов, 1972 и др.].

Системный подход [Сочава, 1974] и идеи конструктивной географии [Герасимов, 1978] позволили ученым Института географии АН СССР приблизится к построению моделей геотехнических систем [Преображенский, Коронкевич, 1987; Преображенский, 1988 и др.].

В 70-е годы в связи с проблемой переброски вод северных рек ученые Московского университета показали, что решение ряда хозяйственных вопросов и прогнозирование изменений природы должно базироваться на изучении природных комплексов и построении ландшафтной основы. Одним из первых в нашей стране ландшафтный подход к исследованию взаимодействия водохранилищ с окружающей средой использовал К.Н. Дьяконов [1984].

Вопросы изучения морских аквальных ландшафтов отражены в работах Е.Ф. Гурьяновой [1959], К.М. Петрова [1989], В.Б. Поздеева [1992], Н.Н. Митиной [1993, 1996], В.В. Денисова [2002] и др. Наиболее существенный вклад в этом направлении сделан К.М. Петровым [1989] и А.Д. Хованским [1995]. Работы К.М. Петрова, как и большинства других исследователей, посвящены морским подводным ландшафтам, а А.Д. Хованского – геохимическим аспектам ландшафтов рек и морей на примере юга Украины и России.

Ландшафтно-геохимические исследования акватории Японского моря проводились Ю.П. Баденковым [1978], В.В. Батояном [1982] и др. Ими изучались особенности подводных почв и геохимических барьеры. В.А. Алексеенко, А.Д. Хованским, А.Ю. Митропольским, В.П. Усенко [1993, 1995, 2000 и др.] составлены карты геохимических ландшафтов рек Азовского и Черного морей. Одна из первых комплексных характеристик мелководий Иваньковского водохранилища приведена в работах Г.Л.Мельниковой [1967, 1973]. Формированию мелководных комплексов посвящен ряд работ автора [Тихомиров, 1975, 1977; 1980, 1984 и др.]. В последующих публикациях рассматриваются вопросы влияния отдельных факторов на процессы формирования и разрабатываются подходы к комплексному исследованию аквальных комплексов водохранилищ лесной зоны и их экологического состояния [Тихомиров, 1995, 1997, 1999, 2002, 2004, 2005, 2008, 2009].

Роль макрофитной растительности в формировании аквальных комплексов мелководий Иваньковского водохранилища раскрыта в работе Л.К. Тихомировой [1985]. Фактор влияния прибрежного рельефа на формирование аквальных урочищ Воткинского водохранилища рассмотрен в работах А.В. Наговицина [2002], Н.Н. Назарова [2002, 2005]. О.В. Филипповым [2006] исследован вопрос влияния измененного гидрологического режима на формирование аквальных комплексов озерной части Волгоградского водохранилища. Л.А. Митиной [2002] приводится характеристика природно-ресурсного потенциала ихтиофауны подводных комплексов приплотинного плеса Иваньковского водохранилища.

Наряду с многочисленными публикациями по частным проблемам водохранилищ имеются попытки обобщения эколого-географических знаний о водохранилищах. К таким работам относятся публикации Н.И. Коронкевича [1995], В.В. Дмитриева [1995, 1999, 2005 и др.], Т.И. Моисеенко [1997, 1998], В.А. Абакумова [1999], А.Ю. Опекунова [2006], монографии «Водохранилища мира» [1979] и «Водохранилища» [1987], подготовленные группой авторов под руководством А.Б.Авакяна, монографии Н.В.Буторина «Гидрологические процессы и динамика водных масс в водохранилищах волжского каскада» [1969], Ю.М. Матарзина «Водохранилища и их народнохозяйственное значение» [1984], Е.В. Веницианова, А.Г. Кочаряна «Воды суши. Проблемы и решения» [1994] и др. В последние годы появились попытки исследования экологических проблем и оценки экологического состояния водохранилищ в целом и на уровне каскадов (монографии В.К. Конобеевой, В.П. Салтанкина «Экологическое состояние водохранилищ Волжского каскада» [1997], К.К. Эдельштейна «Водохранилища России: экологические проблемы, пути их решения» [1998] и «Иваньковское водохранилище. Современное состояние и охрана» (под ред. М.Г. Хубларяна) [2000] и др.

Таким образом, анализ литературы, посвященной крупным водохранилищам, показывает, что до настоящего времени преобладает углубленное изучение различных сторон состава и развития отдельных компонентов природы искусственных водоемов. Исследователями признается существование аквальных комплексов и важность выявления межкомпонентных связей. Однако, исследований направленных на изучение конкретных аквальных ландшафтов, их динамики и экологического состояния недостаточно.

Методы исследований. Решение поставленных задач производилось на основе специальных исследований изменений природных комплексов равнинных водохранилищ:

- натурные (экспедиционные и полустационарные) комплексные исследования и наблюдения на акваториях водохранилищ;

- ретроспективный анализ картографических, аэро- и космоматериалов повторных съемок, гидрологических, гидрохимических, гидробиологических и других данных наблюдений, научных публикаций, фондовых сведений по верхневолжским водохранилищам;

- полевое и камеральное дешифрирование крупномасштабных аэрофото- и космических снимков, статистический анализ и экспертные оценки;

- методы полевого и электронного картографирования с использованием программы «Mapinfo».

Объектами полевых исследований служили аквальные комплексы в пределах Верхневолжского, Иваньковского, Угличского, Рыбинского, Удомельского и других равнинных водохранилищ лесной зоны. Объекты исследований выбирались исходя из следующих требований: 1) продолжительное время существования водохранилища; 2) выраженность и разнообразие антропогенных изменений природных аквальных комплексов; 3) принадлежность к определенному типу регулирования стока; 4) активное хозяйственное использование водоемов.

Автор принимал участие в совместных экспедициях Тверского госуниверситета и ИБВВ АН СССР (1972 – 1975 гг.) на волжских водохранилищах, Тверского госуниверситета и ИВП РАН (1994 – 2002 гг.) и др.

Исследования автора в 1975 – 1980 гг., 1990 – 1997 гг. и 2006 – 2007 гг. включали составление карт донных отложений, затопленных почв и зарастания участков на основе крупномасштабной аэрофотосъемки, полевое дешифрирование, анализы механического состава почв и грунтов, химических свойств воды и донных отложений, видового состава и биомассы высшей водной растительности и др.

В ходе полевых работ проводилось крупномасштабное (1:10 000) картографирование тестовых участков, составление покомпонентных карт (водной растительности, донных отложений, затопленных почв, водных масс) и комплексных карт аквальных комплексов водохранилищ (1:100 000), выделенных на уровне рода и вида.

В целях выявления многолетней динамики состава аквальных комплексов проводились полевые наблюдения на тестовых участках и водохранилищах в целом, позволившие составить карты распределения аквальных комплексов в 1975, 1980, 1990, 2002 и 2006-2007 гг. и получить данные по изменениям горизонтальной структуры аквальных комплексов водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока.

Химический анализ воды, донных отложений и растительности проводился в лабораториях Тверского государственного университета, агрохимической лаборатории пос. Сахарово, в химических лабораториях Тверского центра Роспотребнадзора, института «Атомэнергопроект».

Методология исследования экологического состояния основывается на рассмотрении водохранилищ как ландшафтных образований и изучении их с ландшафтно-экологических позиций как сложной системы природно-антропогенных аквальных комплексов. Ландшафтно-экологический подход предполагает выявление пространственной дифференциации акватории, которая определяется как естественными, так и антропогенными причинами, и направлен на исследование обратных связей – влияния измененных геосистем на окружающую среду, условия жизни и деятельность человека.

Анализ экологического состояния водохранилищ представляет собой оценку основных экологических свойств аквального пространства. Методика проведения анализа включает последовательную оценку природных условий, антропогенных изменений природной среды, динамики структуры аквальных комплексов и выявление экологических ситуаций.

Оценка экологического состояния аквальных геосистем производилась с помощью комплексных критериев, полученных на основе суммирования отдельных компонентных показателей, выраженных в баллах. В ходе анализа определялся интегральный показатель («И» в баллах), для вычисления которого оценивались: направление и степень ландшафтоформирующих процессов (негативных или положительных с точки зрения качества среды обитания человека), степень антропогенного изменения аквальных комплексов, условия гидродинамической активности, накопление биомассы и органического вещества, уровень загрязнения отдельных компонентов. Уровень антропогенной измененности определялся по отклонению параметров аквальной ландшафтной единицы от параметров неизмененной природной системы. Для оценки уровня антропогенной трансформации аквальных комплексов предложена классификационная схема, с градациями по степени антропогенной измененности (малоизмененные, измененные, сильно измененные и необратимо измененные) [Тихомиров, 2003].

Ландшафтно-экологическое картирование и группировка аквакомплексов по уровню экологического состояния позволяют диагностировать характер экологической трансформации всего водохранилища. С этой целью предложен коэффициент (Кэс) ландшафтно-экологического состояния [Тихомиров, 2007], представляющий собой показатель отношения суммы площадей аквальных комплексов с условно благополучной экологической обстановкой (в числителе) к сумме площадей комплексов с неблагоприятной экологической ситуацией (в знаменателе):

К _ЭС =

где АК₁ – площадь псаммокомплексов, АК₂ – площадь литокомплексов, АК₃ – площадь фитокомплексов слабого зарастания, АК₄ – площадь педокомплексов, АК₅ – площадь сплавинных комплексов, АК₆ – площадь фитокомплексов сильного зарастания, АК₇ – площадь пелокомплексов.

По уровню напряженности предлагается выделять экологические ситуации: удовлетворительные, напряженные, конфликтные, кризисные и катастрофические.

В главе 2 рассматриваются морфология, структура, функционирование и специфика аквальных комплексов водохранилищ.





Рис. 1. Структура аквальных речных, озерных и озерно-речных комплексов: а – аквальный речной комплекс; б – аквальный озерный комплекс; в – аквальный озерно-речной комплекс

Аквальный комплекс – водная геосистема, совокупность тесно связанных друг с другом природных компонентов (воды, донных отложений или затопленных почв и гидробионтов), образующих единое целое, объединенных общим местоположением и процессами обмена вещества и энергии. Аквальные комплексы водохранилищ создают своеобразные аквальные ландшафты со сложным специфическим набором структурных единиц. По компонентному (вещественному) составу аквальные комплексы сходны с наземными, т.к. включают горные породы ложа водоема, водную массу, донные отложения, приводный слой воздуха и живые организмы. В соответствии с ландшафтным подходом основными ступенями внутреннего территориального устройства аквального ландшафта являются аквальные фация, урочище и местность. Элементарный аквальный комплекс (фация) состоит из придонной подсистемы, характеризующейся однородными условиями местоположения в рельефе дна (соответствующего микроформе рельефа), однотипными донными отложениями, одним гидробиоценозом, и подсистемы водной толщи разной степени динамичности и физико-химических свойств. Выделяются аквальные комплексы с полным и неполным набором компонентов. Возможно отсутствие высшей растительности или затопленных почв. Единство аквального комплекса проявляется в общем местоположении, вертикальных связях между компонентами (донными отложениями, водой, растениями), единстве гидробиоценоза. Аквальные геосистемы в ранге урочища включают сопряженное сочетание фаций, формирующихся на одной форме мезорельефа, с близкими по свойствам донными отложениями, водными массами и растительными сообществами, объединенные общей направленностью процессов. В предложенной автором классификации уровень фации соответствует виду аквальных комплексов.

Типизация водохранилищ по морфолого-морфометрическому строению позволяет выделить речные, озерно-речные и озерные аквальные ландшафты (рис. 1), обладающие определенным набором аквальных комплексов более низкого иерархического уровня. Аквальные ландшафты представляют собой систему соподчиненных аквакомплексов, создающих динамическое структурно-функциональное целое. Функционирование аквальных геосистем характеризуется высокой открытостью и динамичностью. Быстрые трансформации ландшафтов связаны как с динамичностью внешних потоков вещества и энергии, так и с регулирующей деятельностью человека.

Важными критериями выделения аквальных ландшафтов являются характер водооборота (коэффициент интенсивности водного обмена), степень транзитности водных масс, солеобмен, особенности круговорота вещества и химических элементов [Богословский, 1975; Эдельштейн, 1998 и др.].

Седиментационная и аккумулятивная способность усиливается последовательно от речных к озерно-речным и озерным аквальным ландшафтам водохранилищ (от транзитных к транзитно-аккумулятивным и аккумулятивным). В результате содержание биогенных элементов и скорость их круговорота увеличивается от речных к озерным ландшафтам, что ведет к возрастанию биогенного стока в аквальных комплексах водохранилищ [Авакян и др., 1987].

Многолетние исследования позволяют выявить специфические черты аквальных геосистем равнинных водохранилищ. Водохранилище образует сложную геосистему, включающую природный и технический блоки [Дьяконов, 1971]. Компоненты аквальных комплексов отличаются высокой мобильностью, что во многих случаях связано с их природными свойствами, а также с их трансформацией под влиянием природно-антропогенных процессов. Горизонтальная структура ландшафтов водохранилищ определяется территориальной организацией и активными латеральными связями. Важнейшей причиной активности горизонтальных связей является подвижность водных масс. Пространственно-временная динамика связана с характером регулировния стока, уровенным режимом, которые ведут к изменениям границ, площадей и периодов затопления. Это, в свою очередь, приводит к существенной экотонности аквальных комплексов. Наряду с высокой аккумулятивной способностью в водохранилищах развиваются природно-антропогенные (ускоренные человеком) процессы эрозии, абразии, заболачивания и др. Сложность и динамика круговорота биогенных элементов определяется наличием или отсутствием стабильности и стратифицированности водной массы. В ходе трансформации наземных ландшафтов появляются или преобразуются природные компоненты (вода, грунт, гидробионты), создающие вертикальную структуру водного ландшафта. Своеобразие геосистемам водохранилищ придают затопленные почвы, сохранившие во многих случаях морфологическое строение.